射频通信

一、概述

射频

顾名思义就是适于无线电传播的无线电频率，原因有两个：

一、是射频适于天线辐射，在空中产生无线电波；

二、射频具有宽阔的频段，能容纳很多互不干涉扰的频道或信道。射频波段划分

通常按波长长短来划分，分为：长波、中波、短波、超短波、分米波、厘米波、毫米波等。

1、长波波段波长1000 ~ 10000m，频率

30 ~ 300KHz，适用于远距离通信

2、中波波段波长100 ~ 1000m，频率

300 ~ 3000KHz，适用于广播、通信、导航

3、短波波段波长10 ~ 100m，频率 3 ~ 30MHz，适用于广播、通信

4、超短波波段波长1 ~ 10m，频率30 ~300

MHz，适用于通信、电视广播、雷达

5、分米波波段波长10 ~ 100cm，频率300 ~3000MHz，适用于通

信、中继通信、卫星通信、电视广播、雷达

6、厘米波波段波长1 ~ 10cm，频率3 ~ 30GHz，适用于中继通信、卫星通信、雷达

7、毫米波波段波长〈 1cm，适用于中继通信、卫星通信

二、无线通信系统

射频各组成部分

主要分为天线、发射和接收几部分。

天线分为接收天线和发射天线。接收天线将接收到的卫星收发射的电磁波信号转换成电压或电流信号，以供接收机射频端摄取与处理。发射天线是将调制放大后的射频信号转换成电磁波信号发射出去。

发射接收电路结构

通信机由发射机和接收机组成。发射机射频部分的任务是完成基带信号对载波的调制，将其变成通带信号并搬移到所需的频段上且有足够的功率发射，其结构框图如图2.1 所示。发射机发射的信号是处于某一信道内的高频率大功率信号，应尽量减少它对其他相邻信道的干扰。

接收机的射频部分与发射机相反，见图2.2，它要从众多的电波中选

出有用信号，将频带信号变为基带信号，并放大到解调器所要求的电平值后再由解调器解调。由于传输路径上的损耗和多径效应，接收机接收的信号是微弱且又变化的，并伴随着许多干扰，这些干扰信号强度往往远大于有用信号，因此接收机的主要指标是灵敏度和选择性。

收发信机共用一根天线，天线与收发信机间必须有效地进行收发转换和隔离。收发若分时进行，则天线共用可以是一个转换开关；收发若频率不同，则天线共用器必须具有良好地滤波，让发射信号对接收信号地的干扰减少到最小。

2.2 无线接收机关键技术指标

2.2.1 接收机灵敏度

接收机灵敏度是接收机系统的一个关键技术指标。灵敏度定义为：当接收机输出端为解调提供了充分的信噪比S/N(Signal-to-Noise)时，接收机可检测到的最低可用信号功率。如图2.3 所示。

通常用噪声系数来反应接收机的灵敏度。

噪声系数的定义如下：

即NF=输入端的信噪比/输出端的信噪比

2.2.2 接收机的选择性（门限）

接收机的另一个关键特征就是它的选择性。选择性的定义为：在邻近频率强干扰和信道阻塞的情况下，接收机满意提取所需信号的能力。在多数体系结构中，中频信道选择滤波器的设计决定了接收机的选择性。

接收机应该有足够的线性性能去处理可接受的失真信号。如果接收机在频率选择和线性度上是不充分的，那么就会产生互调分量而降低所需信号的质量。一般来说，失真度确定了接收机可处理的输入信号的最大功率。三阶失真在很多接收机体系结构中显得特别重要，这是因为互调分量处于所要得信号中。以三阶输入截获点IIP3 来表述， 可

以从双音频测试和规定得伴随信道抑制比CCRR(Co-Channel Rejection Ratio)计算出三阶失真来。在测试互调失真的过程中，所需信号得功率电平Psig (dBm)和不需要的各个信号的功率电平Pud (dBm)（其中一个常常被调制）从技术规范中可查到。位于所需

信道的不需要的互调分量IIP3 计算式为

接收机的三阶截获点IIP3 计算式为

对于压缩和失真的另一个有用定义是1dB 压缩点 P1dB 。1dB 压缩点定义为：功率增益从理想点下降1dB 的点。其关系式一般为

2.3 接收机射频架构

目前接收机射频模块中较常见的架构主要分为三大类：超外差式、直接下变频方案、数字中频方案。

2.3.1 超外差方案

超外差式接收机射频部分的结构框图如图2.4 所示，其工作原理为把收到的射频信号经过滤波、放大后转变至中频，在中频模块上对信号进行滤波放大后解调至基带。采用此方案主要基于以下三方面的考虑。首先，中频比信号载波低的多，相对与载波段，信号选择性在中频段比较容易实现，且对滤波器Q 值的要求较低。因此射频部分的滤波器带宽比较大，主要用于选择频带。中频段的滤波器带宽可以做的很窄，因此主要用于选择信道。

其次，接收机从天线接收到的信号电平一般为－160～－120dBm。如此微弱的信号要放大到解调器可以解调或A/D 变换器可以工作的电平，一般需要放大100～200dB。为了放大器的稳定和避免振荡，在一个频带内的放大器，其增益一般不超过50～60dB。采用超外差式接收机方案后，将接收机的总增益分散到了高频、中频和基带三个频段上。而且，载波降为中频后，在较低的固定中频上实现窄带的高增益的放大器要比在载波频段上实现高增益的放大器容易和稳定的多。射频部分的放大器需要噪声系数很低，原因是变频器的噪声系数一般都较大，而前端的带通滤波器是无源的，有一定的插损，根据级联的噪声系数公式，前端若无低噪声放大器，整个系统的噪声系数将很大。而在变频器前引入具有一定增益的低噪声放大器可以减弱变频器和

后面中频放大器的噪声对整机的影响，从而对提高灵敏度有利。但LNA 的增益不宜太高，因为变频器是非线性器件，进入它的信号太大，会产生众多非线性失真。LNA 的增益一般不超过15dB。带通滤波器可以放在LNA 前，滤除带外信号，减少由于LNA 非线性引入的各种互调失真干扰。带通滤波器也可以放在LNA 的后面，降低系统